2018 Fiscal Year Annual Research Report
Development of highly sensitive methylmercaptan sensors for the application of disease diagnosis
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16K18239
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| Research Institution | Nagasaki University |
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Principal Investigator |
上田 太郎 長崎大学, 工学研究科, 助教 (10524928)
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2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 固体電解質 / 安定化ジルコニア / ガスセンサ / 酸化セリウム / メチルメルカプタン / トルエン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
呼気中に含まれる疾病由来成分のうち、極低濃度のメチルメルカプタンを検知可能な高感度ガスセンサの開発を目指し研究した。これまでに、イットリア安定化ジルコニア（YSZ）とAu系検知極を用いる固体電解質型センサがトルエンに良好な応答を示すことを明らかにしている。そこで、検知極の薄膜化およびAuと酸化セリウム（CeO2）の混合状態をより詳細に制御することによる特性改善の可能性を検討した。
スパッタリング法を用いて、YSZにAu（膜厚: 100～300 nm）とCeO2（膜厚: 10～60 nm）を積層した検知極を作製したところ、従来法と比較して（スクリーン印刷、膜厚: 約10μm）、検知極を大きく薄膜化できた。作製したセンサのトルエン応答特性を評価したところ、Auのみの検知極を用いた場合に良好なトルエン応答特性を示したが、YSZとAu層の間にCeO2層を挿入すると応答値は低下した。
次に、Auおよびセリウムを含む前駆体溶液をYSZ基板に滴下するドロップコーティング法を用いて、種々の割合のCeO2をAuに添加した検知極を取り付けたセンサを作製した。作製したAu系検知極の膜厚は2μm程度と、スパッタリング法と比較すると厚膜であったがCeO2をAuに高分散できた。作製したセンサ素子のトルエン応答は、CeO2を微量添加することで応答値が向上し、8 wt%添加した場合に最大の添加効果（応答値: 167 mV、作動温度：500℃、50 ppm）を示した。このセンサは低濃度のメチルメルカプタンにも応答し、0.1 ppmのメチルメルカプタンも検知できた（17 mV）。得られたコーティング溶液は、より薄膜の検知極も作製可能なスピンコーティング法にも応用できるため、さらなる特性改善も期待できる。
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